WO2007031183A1 - Verfahren zur herstellung eines gegenstandes aus mindestens einem selbständigen beweglichen teil und einem fixierteil - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines gegenstandes aus mindestens einem selbständigen beweglichen teil und einem fixierteil Download PDF

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WO2007031183A1
WO2007031183A1 PCT/EP2006/008330 EP2006008330W WO2007031183A1 WO 2007031183 A1 WO2007031183 A1 WO 2007031183A1 EP 2006008330 W EP2006008330 W EP 2006008330W WO 2007031183 A1 WO2007031183 A1 WO 2007031183A1
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cavity
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fixing part
parts
tool
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Guido Finnah
Jürgen HAUSSELT
Klaus Plewa
Volker Piotter
Steffen Rath
Robert Ruprecht
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Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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    • B22F5/08—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of toothed articles, e.g. gear wheels; of cam discs
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an article from at least one independent part and a fixing part, wherein the independent part is movably positioned to the fixing part. If at least two independent parts are present, they are mutually movably connected to each other in the fixing part.
  • both components are used at low processing temperatures or the component for the first injection-molded part can be exposed to high service temperatures in the short term.
  • the loose bond arises when the usual thermal shrinkage for plastics occurs.
  • This method is not suitable for producing a loose composite of ceramic molding compounds or metals, since the incompatibility of the plastics is a prerequisite for this method, which also includes no heat treatment.
  • DE 196 52 223 C2 discloses structured moldings of at least two different materials which are joined together in a composite material. Furthermore, there is the setting of a span- low-expansion joint zone described by suitable material composition or different particle content in partial volumes of the materials. For example, pure binder is used to produce hollow bodies. A production of movable components is not disclosed.
  • this method should allow the production of an article of metallic, glassy or ceramic components by means of injection or hot casting in a single operation to reduce handling and adjustment technique after molding the parts of the article or avoid.
  • the inventive method for producing an article comprises the steps a) to e). First, a tool is provided according to step a), each having a cavity for receiving one of the parts to be molded.
  • the tool further has a parting plane which divides the tool into two mold halves.
  • Decisive here is the arrangement of the cavities with respect to this parting plane:
  • the cavities are, with respect to the parting plane, adjacent to each other alternately above or below the parting plane arranged so that they lie alternately in one of the two mold halves, the cavities remain separated.
  • the at least one cavity is filled with a hardenable or solidifying molding compound comprising a sintered material. After the solidification of the molding material, the parts to be formed are formed in the cavities.
  • the material for injection or hot casting from at least one injection unit via at least one channel at the same time or in succession introduced into the cavities.
  • Particularly suitable for this purpose are two- or multi-component injection molding.
  • each formed part is removed from its cavity.
  • the tool already has a fixing part for receiving the parts to be formed.
  • the article is already formed during step b) or c) and the subsequent step d) is omitted.
  • the parts are after their demolding according to step d) in a fixing or preferably in a cavity, by filling the fixing part is molded, introduced.
  • the demolded parts are for this purpose mounted on the fixing part or joined thereto.
  • the total number of parts removed from the mold is transferred into at least one further cavity which is likewise present in the mold, by the filling of which the fixing part is shaped.
  • the transfer of the parts from the cavities, in which their shaping took place, into the further cavity preferably takes place by means of guide elements, which after the transfer can remain wholly or partly in the at least one further cavity.
  • guide elements At those points where the guide elements are removed from the mold, there is an extension of the further cavity, through the filling of which an additional connection is created between at least one part and the fixing part.
  • the guide elements or parts thereof can serve as an ejector in terms of a simpler handling technique.
  • step e) the still unfinished article, which can be referred to as a green compact, is subjected to a heat treatment, in particular debindering with subsequent sintering.
  • various molding materials which are called Feedstocks and consist of a binder and a powder of the desired material, so injected into the tool that they can touch each other.
  • the parts can also be injection molded from the same feedstock.
  • the binder In order to convert the molding compositions into a metal, glass or ceramic part, the binder must be removed on the basis of water, oligomers, polymers or mixed systems after molding and the powder sintered to form a generally dense material, with shrinkage taking place.
  • This shrinkage leads to the reduction of the article compared to the at least one injection-molded part, which is also called green body.
  • the materials In order for the article, which may be composed of different components, to be sintered, the materials must have similar sintering temperatures, or a component that sinters earlier may shrink from the design of the gearbox earlier than the one that sinters at a higher temperature. Due to the differences in the sintering shrinkage of the materials used for the parts and the fixing parts distance and clearance between the parts are set with each other and between the parts and the fixing part. In vi 'elen cases, it is advantageous if the fastening parts shrink more than the movable parts.
  • the sintering shrinkage for sintered materials generally ranges between 10% and 25%, while the thermal shrinkage in plastics is at most 3%.
  • the parts are made of metal, an alloy, a (mixed) ceramic or glass.
  • Particularly preferred for the moving parts in gears (gears) or joints is hardened steel (preferably 17-4PH) or a tough ceramic, especially zirconia.
  • the fixing member As materials for the fixing member, hard metals (e.g., tungsten carbide-cobalt), hardened metals, hard ceramics (particularly, alumina), silicon nitride or silicon carbide are preferably used.
  • the fixing part need not necessarily be made of a sintered material. In this case, however, it is advantageous if the fixing part is already inserted directly into the tool.
  • the present invention has as a significant advantage that parts and fixing parts can consist of wear-resistant and / or high-strength materials. Furthermore, the parts do not have to be mounted after shaping and sintering. Especially in microdimensions, the handling and adjustment of parts is very cost-intensive due to the required precision.
  • the mounting of Grünlin This makes it even more difficult for the feedstocks to be a material of low strength due to the binder and the high degree of powder filling.
  • the method according to the invention is suitable for use in microsystem technology, powder injection molding, two-component powder injection molding, in gear technology (for planetary gears, ball joints, bearings, linear guides, etc.) and in manufacturing technology for gearbox construction.
  • the method according to the invention makes it possible to mutually pair the moving parts of the transmission already during the shaping process and to install them in a housing for mounting the moving parts.
  • Fig. Ia cross section
  • FIG. 1b top view at different levels on the cavities
  • the tool shown schematically in Fig. Ia is used, the three cavities for three gears to be produced 11, 11 ', 12, which, as can be seen in Fig. Ib, are arranged separately adjacent to each other axially offset.
  • the tool further has a parting plane which divides the tool into two mold halves 1, 2, in the ejector-side mold half 1 and in the nozzle-side mold half 2.
  • the outer two cavities for the gears 11, 11 'on a first level in the ejector-side mold half 1 and the central cavity for the gear 12 are arranged on a second plane, which is located above the first plane in the nozzle-side mold half 2.
  • the ejectors may be stepped, i. be provided with an ejector 4, 4 ', so that an end-side force application of the ejector sleeve on the gear supports the demolding of the ejector.
  • the tool jaws 6 have in the region of the hubs of the outer gears 11, 11 'on a cavity 13 for the fixing part.
  • An embodiment of the central ejector 3, in which it is not round, but oval or edged in the region in which it is inserted in the hub of the gearwheel 12, is advantageous, so that after the heat treatment, a drive axle is positively inserted into the middle gearwheel 12 can be.
  • the tool jaws 6, which enclose all three gears 11, 11 ', 12, are above and below the third plane, in which ⁇ now the gears 11, 11', 12 lie, respectively on the gears 11, 11 ', 12 facing away Side with a second feedstock containing alumina powder, overmoulded.
  • the injection point can be positioned as desired, however, an injection point in the position 21 is advantageous.
  • the second feedstock fills the cavities in the tool jaws 6 and the volume of the cavities in the outer gears 11, 11 'exposed by the withdrawn ejectors 5, 5'. , whereby their axes are formed. In the area of the hubs of the gears from the first feedstock, the second feedstock touches the first feedstock without mixing the two feedstocks.
  • An advantageous embodiment of the tool jaws 6 is that the tool jaws 6 are double-walled.
  • the second feedstock thus also forms a fixing part 14 for the transmission.
  • the fixing part 14 can later be used as a serve housing of the transmission.
  • both feedstocks sinter at the same sintering temperature with a sintering shrinkage which is either the same for the parts 11, 11 ', 12 and the fixing part 14 or assumes slightly greater values for the fixing part 14.
  • zirconium dioxide parts adhere to the aluminum oxide parts, they change to a soluble compound during the first movement of the gearbox.
  • the second embodiment is a variant of the first embodiment, wherein the gear of FIG. 6 is produced in three-component injection molding.
  • the shape of the gears 11,11 ', 12. Also serving simultaneously as a housing fixing member 14 is formed in the same way.
  • the third feedstock like the second feedstock, contains aluminum oxide powder, but with a powder filling ratio and / or a powder particle size distribution which permits greater shrinkage during sintering than in the first or second feedstock.
  • the length of the axes is dimensioned by the shape of the tool so that it fits the sintering shrinkage.
  • the second feedstock can have the same or a slightly lower sintering shrinkage compared to the first feedstock. With the difference in sintering shrinkage distance and clearance between the gears and the fixing part are adjusted.
  • the tool is advantageous to equip the tool as a three-plate tool with turntable on the ejector-side mold half 1.
  • the ejector-side mold half 1 rotates the gears 11, 11 ', 12 by means of the turntable in the direction of the tool jaws 6, which may be mounted on the nozzle side, on the ejector-side mold half 1, the nozzle-side mold half 2 or outside of the tool.
  • a special configuration of the tool makes it possible to form the next toothed wheels during the shaping of the fixing part 14 (housing) or the axes in the cavities of the tooth geometry, which are advantageously arranged on the nozzle-side mold half 2.
  • the thickness of the tool jaws 6 and the sintering shrinkage as well as the difference of the sintering shrinkage between the first and the second feedstock define the gap.
  • small pyramidal or conical micro-elevations can be formed on the gears or the housings in the region of the hubs or the end faces of the gears. Even if it comes in the area of the tips of the pyramids or cones for sintering of gears and housing, such. B. when using different Steels, by applying a torque between the gears and the housing in the state of the green body or preferably in the sintered state, this compound can be easily broken by their smallness.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus mindestens einem selbständigen Teil, das beweglich zu einem Fixierteil positioniert ist. Hierzu wird zunächst ein Werkzeug bereitgestellt, das für jedes der zu formenden Teile eine Kavität aufweist, die jeweils mit einer aushärtbaren oder erstarrenden Formmasse, die einen pulverförmigen Sinterwerkstoff und einen Binder enthält, gefüllt wird. Nach dem Erstarrenlassen der Formmasse bildet sich in jeder Kavität jeweils das zu formende Teil, das anschließend hieraus entformt wird. Die entformten Teile werden dann in ein Fixierteil eingebracht, wodurch der Gegenstand gebildet wird, der schließlich derart einer Wärmebehandlung unterzogen wird, so dass das mindestens eine Teil beweglich zum Fixierteil ist. Zur Herstellung eines Gegenstandes aus mindestens zwei selbständigen, gegeneinander beweglich verbundenen Teilen, die in einem Fixierteil zueinander positioniert sind, wird ein Werkzeug bereitgestellt, das weiterhin eine Trennebene aufweist, die das Werkzeug in zwei Werkzeughälften trennt, und in dem die Kavitäten für die Teile voneinaner getrennt jeweils abwechselnd in einer der beiden Werkzeughälften angeordnet sind.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus mindestens einem selbständigen beweglichen Teil und einem Fixierteil
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus mindestens einem selbständigen Teil und einem Fixierteil, wobei das selbständige Teil beweglich zum Fixierteil positioniert ist. Sind mindestens zwei selbständige Teile vorhanden, sind diese gegeneinander beweglich verbunden im Fixierteil zueinander positioniert.
Aus der DE 33 40 122 Al ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus mindestens zwei selbständigen, gegeneinander beweglich verbundenen Teilen, die in mindestens einem Fixierteil fest zueinander positioniert sind, mittels Spritzgießen bekannt, bei dem unterschiedliche Kunststoffe zur Herstellung der beweglichen, miteinander verbundenen Teile eingesetzt werden. Hierzu wird zunächst ein Spritz- ling in einer Kavität hergestellt. Dieser wird der Kavität entnommen und in eine größere Kavität im gleichen Werkzeug eingelegt oder die Kavität wird durch Werkzeugbewegungen erweitert. Durch die Wahl inkompatibler Kunststoffe tritt keine stoffliche Verbindung der beiden Komponenten auf und die Bauteile bleiben zueinander beweglich. Alternativ kann die Beweglichkeit durch die Verwendung gleicher Kunststoffe erzielt werden, indem die zweite Komponente an der unteren Grenze der Verarbeitungstemperatur verarbeitet wird. Hierfür ist es von Vorteil, wenn beide Komponenten bei niedrigen Verarbeitungstemperaturen verwendet werden oder die Komponente für das zuerst gespritzte Teil kurzfristig hohen Gebrauchstemperaturen aussetzbar ist. Der lose Verbund entsteht beim Auftreten der für Kunststoffe üblichen thermischen Schwindung. Dieses Verfahren eignet sich nicht zur Herstellung eines losen Verbunds aus keramischen Formmassen oder aus Metallen, da die Inkompatibilität der Kunststoffe eine Voraussetzung für dieses Verfahren ist, das zudem keine Wärmebehandlung beinhaltet.
Die DE 196 52 223 C2 offenbart strukturierte Formkörper aus mindestens zwei verschiedenen Werkstoffen, die in einem Werkstoffverbund zusammengefügt sind. Weiterhin wird dort die Einstellung einer span- nungsarmen Fügezone durch geeignete stoffliche Zusammensetzung bzw. unterschiedlichen Partikelgehalt in Teilvolumina der Werkstoffe beschrieben. Zum Beispiel wird reiner Binder eingesetzt, um Hohlkörper zu erzeugen. Eine Herstellung beweglicher Komponenten ist nicht offenbart .
Im Artikel "Spritzgießen ersetzt die Montage", VDI-Nachrichten vom 22.10.2004, Seite 30, wird ein Verfahren zur Herstellung eines Mikro- getriebes (Planetengetriebes) beschrieben. Mittels Zwei-Komponenten- Spritzgießen werden das Sonnen- und die Planetenräder aus nicht haftungskompatiblen Kunststoffen gespritzt und anschließend mit den Deckplatten und den Achsen umspritzt. Durch die Formteilgeometrie, die Inkompatibilität und das Schwindungsverhalten der Kunststoffe, aus denen die Deckplatten und die Achsen hergestellt werden, bleiben die Zahnräder auf den Achsen beweglich. Zudem werden drei Einspritzvorgänge zur Herstellung eines Getriebes aus zwei Zahnrädern und einem Fixierteil benötigt.
Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus mindestens einem selbständigen Teil und einem Fixierteil, wobei das mindestens eine Teil beweglich zu einem Fixierteil positioniert ist, vorzuschlagen, das die oben genannten Nachteile und Einschränkungen nicht aufweist. Insbesondere soll dieses Verfahren die Herstellung eines Gegenstandes aus metallischen, glasartigen oder keramischen Komponenten mittels Spritz- oder Heißgießen in einem Arbeitsgang ermöglichen, um Handha- bungs- und Justagetechnik nach dem Formen der Teile des Gegenstandes zu verringern oder zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch die Verfahrensschritte des Anspruchs 1 oder 2 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes, umfasst die Schritte a) bis e) . Zunächst wird gemäß Schritt a) ein Werkzeug bereitgestellt, das jeweils eine Kavität zur Aufnahme eines der zu formenden Teile aufweist .
Zur Herstellung eines Gegenstandes aus mindestens zwei selbständigen Teilen besitzt das Werkzeug weiterhin eine Trennebene, die das Werkzeug in zwei Werkzeughälften teilt. Entscheidend ist hier die Anordnung der Kavitäten bezüglich dieser Trennebene: Die Kavitäten werden, bezogen auf die Trennebene, nebeneinander jeweils abwechselnd oberhalb oder unterhalb der Trennebene so angeordnet, dass sie abwechselnd in eine der beiden Werkzeughälften liegen, wobei die Kavitäten voneinander getrennt bleiben.
Anschließend wird gemäß Schritt b) die mindestens eine Kavität mit einer aushärtbaren oder erstarrenden Formmasse, die einen Sinterwerkstoff umfasst, gefüllt. Nach dem Erstarrenlassen der Formmasse bilden sich in den Kavitäten jeweils die zu formenden Teile.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hierzu der Werkstoff zum Spritz- oder Heißgießen aus mindestens einer Spritzeinheit über mindestens einen Kanal gleichzeitig oder hintereinander in die Kavitäten eingebracht.
Hierfür besonders geeignet sind das Zwei- oder Mehr-Komponenten- Spritzgießen.
Danach wird gemäß Schritt c) jedes gebildete Teil aus seiner Kavität entformt .
In einer besonderen Ausgestaltung besitzt das Werkzeug bereits ein Fixierteil zur Aufnahme der zu formenden Teile. Dadurch wird der Gegenstand bereits während Schritt b) oder c) geformt wird und der nachfolgende Schritt d) entfällt.
Besitzt das Werkzeug nicht selbst bereits ein Fixierteil zur Aufnahme der zu formenden Teile, so werden die Teile im Anschluss an deren Entformung gemäß Schritt d) in ein Fixierteil oder bevorzugt in eine Kavität, durch deren Füllen das Fixierteil abformt wird, eingebracht.
In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung werden die entformten Teile hierzu auf das Fixierteil montiert oder hieran gefügt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Gesamtzahl der entformten Teile in mindestens eine weitere, im Werkzeug ebenfalls vorhandene Kavität übertragen, durch deren Füllen das Fixierteil abformt wird. Die Übertragung der Teile aus den Kavitäten, in denen ihre Formung stattfand, in die weitere Kavität erfolgt vorzugsweise mittels Führungselementen, die nach dem Übertragen ganz oder teilweise in der mindestens einen weiteren Kavität verbleiben können. An denjenigen Stellen, an denen die Führungselemente entformt werden, entsteht eine Erweiterung der weiteren Kavität, durch deren Füllen eine zusätzliche Verbindung zwischen mindestens einem Teil und dem Fixierteil geschaffen wird. Gleichzeitig können die Führungselemente oder Teile davon im Sinne einer einfacheren Handhabungstechnik als Auswerfer dienen.
Schließlich wird in Schritt e) der noch unfertige Gegenstand, der als Grünling bezeichnet werden kann, einer Wärmebehandlung, insbesondere einer Entbinderung mit anschließender Sinterung unterzogen. Hierzu werden verschiedene Formmassen, die Feedstocks genannt werden und aus einem Binder und einem Pulver aus dem gewünschten Werkstoff bestehen, so in das Werkzeug eingespritzt, dass sie einander berühren können. Die Teile können auch aus dem gleichen Feedstock spritzgegossen werden. Zur Umwandlung der Formmassen in ein Teil aus Metall, Glas oder Keramik muss nach der Formgebung der Binder auf Basis von Wasser, Oligomeren, Polymeren oder Mischsystemen entfernt und das Pulver zu einem im Allgemeinen dichten Werkstoff gesintert werden, wobei ein Schrumpf stattfindet. Dieser Schrumpf führt zur Verkleinerung des Gegenstands gegenüber dem mindestens einen spritzgegossen Teil, das ebenfalls Grünling genannt wird. Damit der Gegenstand, das aus verschiedenen Komponenten bestehen kann, gesintert werden kann, müssen die Werkstoffe ähnliche Sintertemperaturen aufweisen oder eine Komponente, die früher sintert, vom Design des Getriebes her auch früher schrumpfen dürfen als die jenige, die erst bei einer höheren Temperatur sintert. Durch die Unterschiede im Sinterschrumpf der eingesetzten Werkstoffe für die Teile und die Fixierteile werden Abstand und Spiel zwischen den Teilen untereinander sowie zwischen den Teilen und dem Fixierteil eingestellt. In vi'elen Fällen ist es dabei vorteilhaft, wenn die Fixierteile stärker schrumpfen als die beweglichen Teile. Der Sinterschrumpf bewegt sich bei Sinterwerkstoffen im Allgemeinen zwischen 10 % und 25 %, während die thermische Schwindung bei Kunststoffen höchstens 3 % beträgt.
Erfindungsgemäß werden die Teile aus Metall, einer Legierung, einer (Misch-) Keramik oder aus Glas hergestellt. Bevorzugt ist der Einsatz von Hartmetall, härtbarem Metall oder Stahl, einer harten oder zähen Keramik, von Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid. Besonders bevorzugt für die beweglichen Teile in Getrieben (Zahnräder) oder in Gelenken ist gehärteter Stahl (bevorzugt 17-4PH) oder eine zähen Keramik, insbesondere Zirkondioxid.
Als Materialien für das Fixierteil werden bevorzugt Hartmetalle (z.B. WoIframcarbid-Kobalt), gehärtete Metalle, harte Keramiken (insbesondere Aluminiumoxid), Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid eingesetzt. Das Fixierteil muss jedoch nicht notwendigerweise aus einem Sinterwerkstoff bestehen. In diesem Fall ist es allerdings von Vorteil, wenn das Fixierteil bereits direkt in das Werkzeug eingelegt wird.
Die vorliegende Erfindung weist als wesentlichen Vorteil auf, dass Teile und Fixierteile aus verschleißbeständigen und/oder hochfesten Werkstoffen bestehen können. Weiterhin müssen die Teile nach der Formgebung und dem Sintern nicht montiert werden. Gerade in Mikrodi- mensionen ist die Handhabung und Justage von Teilen bedingt durch die geforderte Präzision sehr kostenintensiv. Das Montieren von Grünlin- gen wird dadurch zusätzlich erschwert, dass es sich bei den Feedstocks bedingt durch den Binder und den hohen Pulverfüllgrad um einen Werkstoff mit geringer Festigkeit handelt.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Einsatz in der Mikro- systemtechnik, dem Pulverspritzgießen, dem Zweikomponenten-Pulverspritzgießen, in der Getriebetechnik (für Planetengetriebe, Kugelgelenke, Lager, Linearführungen usw. ) und in der Fertigungstechnik zum Getriebebau. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die beweglichen Teile des Getriebes bereits während des Formgebungsverfahrens gegenseitig zu paaren und in ein Gehäuse zur Lagerung der beweglichen Teile einzubauen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Schematische Darstellung eines Werkzeugs für die Herstellung eines Grünlings eines Zahnradgetriebes (Planetengetriebe) :
Fig. Ia: Querschnitt
Fig. Ib: Aufsicht in unterschiedlichen Ebenen auf die Kavi- täten
Fig. 2 Entformen und gegenseitigen Positionieren der Zahnräder Fig. 3 Fixieren der Zahnräder in einer weiteren Kavität Fig. 4 Entfernen der Auswerfer aus den beiden äußeren Zahnrädern Fig. 5 Formgebung des Fixierteils durch Füllen der weiteren Kavität Fig. 6 Grünling des Gegenstandes
Bisher wurden Versuche zur Herstellung von Feedstocks und das Pulverspritzgießen dieser Feedstocks zu einkomponentigen Teilen aus ZrO2, Al2O3, Mischkeramik ZTA, Stähle 17-4PH und 316L durchgeführt und deren Schwundmaß durch Größe, Form und Gehalt der Partikel des Pulvers eingestellt. Es wurden gleiche und unterschiedliche Binder auf der Basis von Wasser, Oligomeren, Polymeren oder Mischsystemen eingesetzt . Das erste Ausführungsbeispiel beschreibt die Herstellung eines Zahnradgetriebes gemäß Fig. 6 durch Zweikomponenten-Spritzgießen.
Hierzu wird das in Fig. Ia schematisch dargestellte Werkzeug eingesetzt, das drei Kavitäten für drei herzustellende Zahnräder 11, 11', 12 aufweist, die, wie in Fig. Ib zu sehen ist, getrennt nebeneinander axial versetzt angeordnet sind. Das Werkzeug besitzt weiterhin eine Trennebene, die das Werkzeug in zwei Werkzeughälften 1, 2 teilt, und zwar in die auswerferseitige Werkzeughälfte 1 und in die düsenseitige Werkzeughälfte 2. Hierbei sind die äußeren beiden Kavitäten für die Zahnräder 11, 11' auf einer ersten Ebene in der auswer- ferseitigen Werkzeughälfte 1 und die mittlere Kavität für das Zahnrad 12 auf einer zweiten Ebene, die sich oberhalb der ersten Ebene in der düsenseitigen Werkzeughälfte 2 befindet, angeordnet.
Mit dem Einspritzen des ersten Feedstocks mit Zirkonoxidpulver werden nahezu gleichzeitig alle drei Kavitäten für die Zahnräder 11, 11' , 12 mit Feedstock gefüllt. Nach Erstarrung des Feedstocks werden das Werkzeug in der Trennebene zwischen der auswerferseitigen Werkzeughälfte 1 und der düsenseitigen Werkzeughälfte 2 geöffnet und die drei Zahnräder 11, 11' , 12 so aus den Kavitäten entformt, dass die Zahngeometrie freigelegt wird, während alle drei Zahnräder 11, 11', 12 zunächst noch auf den Auswerfern 3, 5, 5' sitzen. Die Auswerfer 5, 5' berühren die Zahnräder 11, 11' , 12 jeweils lediglich auf ihrem Innendurchmesser. Die Auswerfer können gestuft sein, d.h. mit einer Auswerferhülse 4, 4' versehen sein, so dass eine stirnseitige Kraftaufbringung der Auswerferhülse auf das Zahnrad das Entformen des Auswerfers unterstützt.
Wie in Fig. 2 schematisch gezeigt, schieben beim Entformen die Auswerfer 2, 5, 5' alle drei Zahnräder 11, 11', 12 über die Trennebene zwischen der auswerferseitigen Werkzeughälfte 1 und der düsenseitigen Werkzeughälfte 2 hinaus, so dass alle drei Zahnräder 11, 11' , 12 in einer dritten Ebene liegen und sich dadurch im Eingriff befinden. Danach werden gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 3 die Zahnräder 11, 11', 12 von Werkzeugbacken 6, die eine Kavität für die Fixierung der Zahnräder aufweisen, umfasst und die Auswerfer 5, 5' aus den äußeren Zahnrädern 11, 11' herausgezogen, während der innere Auswerfer 3, wie in Fig. 4 schematisch gezeigt, im zentralen Zahnrad 12 verbleibt. Die Werkzeugbacken 6 weisen im Bereich der Naben der äußeren Zahnräder 11, 11' eine Kavität 13 für das Fixierteil auf. Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung des mittleren Auswerfers 3, bei der dieser im Bereich, in dem er in der Nabe des Zahnrads 12 steckt, nicht rund, sondern oval oder kantig ausgeformt ist, so dass nach der Wärmebehandlung eine Antriebsachse formschlüssig in das mittlere Zahnrad 12 eingeschoben werden kann.
Die Werkzeugbacken 6, die alle drei Zahnräder 11, 11', 12 umschließen, werden oberhalb und unterhalb der dritten Ebene, in der < jetzt die Zahnräder 11, 11' , 12 liegen, jeweils auf der den Zahnrädern 11, 11', 12 abgewandten Seite mit einem zweiten Feedstock, der Aluminiumoxidpulver enthält, umspritzt. Der Anspritzpunkt kann beliebig positioniert sein, vorteilhaft ist jedoch ein Anspritzpunkt in der Position 21. Dabei füllt der zweite Feedstock die Kavitäten in den Werkzeugbacken 6 und das Volumen der von den zurückgezogenen Auswerfern 5, 5' freigelegten Kavitäten in den äußeren Zahnrädern 11, 11', wodurch deren Achsen gebildet werden. Im Bereich der Naben der Zahnräder aus dem ersten Feedstock berührt der zweite Feedstock den ersten Feedstock, ohne dass es zu einer Vermischung der beiden Feedstocks kommt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Werkzeugbacken 6 besteht darin, dass die Werkzeugbacken 6 doppelwandig ausgeführt sind. Dabei werden der Raum zwischen den beiden Wänden und die Achsen der beiden äußeren Zahnräder 11, 11' mit dem zweiten Feedstock gefüllt. In diesem Fall ist kein weiteres Werkzeug notwendig, um die äußere Form des zweiten Feedstocks zu begrenzen. Der zweite Feedstock bildet damit auch ein Fixierteil 14 für das Getriebe. Das Fixierteil 14 kann später als Ge- häuse des Getriebes dienen.
Nach der Erstarrung des zweiten Feedstocks werden gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 5 die Werkzeugbacken 6 aus dem Grünling, der nun aus zwei Feedstocks besteht, herausgezogen. Durch den Einsatz desselben oder eines ähnlichen Binders im Feedstock wird das Entbin- derungsverhalten abgestimmt. Bedingt durch die angepasste Pulverpartikelverteilung, -füllgrad und -form sintern beide Feedstocks bei der gleichen Sintertemperatur mit einem Sinterschrumpf, der entweder für die Teile 11, 11' , 12 und das Fixierteil 14 gleich groß ist oder für das Fixierteil 14 etwas größere Werte annimmt.
Kommt es zum Anhaften der Zirkondioxidteile an die Aluminiumoxidteile, so wandeln sich diese bei der ersten Bewegung des Getriebes zu einer löslichen Verbindung.
Das zweite Ausführungsbeispiel stellt eine Variante des ersten Ausführungsbeispiels dar, wobei das Zahnrad gemäß Fig. 6 im Dreikomponenten-Spritzgießen hergestellt wird.
Hierbei erfolgt analog zum ersten Beispiel die Formgebung der Zahnräder 11,11' , 12. Auch das gleichzeitig als Gehäuse dienende Fixierteil 14 wird in gleicher Weise geformt. Jedoch verbleiben während des Einspritzens des zweiten Feedstocks für das Gehäuse alle Auswerfer 3, 5, 5' in den Naben der Zahnräder 11, 11', 12. Erst danach werden die Auswerfer 5, 5' für die äußeren Zahnräder 11, 11' gezogen und der frei werdende Hohlraum mit einem dritten Feedstock gefüllt, der das Volumen der Achsen der beiden äußeren Zahnräder 11, 11' einnimmt. Der dritte Feedstock enthält ebenso wie der zweite Feedstock AIu- miniumoxidpulver, jedoch mit einem Pulverfüllgrad und/oder einer PuI- verpartikelgrößenverteilung, die einen größeren Schrumpf beim Sintern zulässt als im ersten oder zweiten Feedstock. Damit wird ein geringer Lagerspalt zwischen den Zahnrädern 11, 11' und den Achsen realisiert. Die Länge der Achsen ist durch die Form des Werkzeugs so dimensioniert, dass sie zum Sinterschrumpf passt. Der zweite Feedstock kann gegenüber dem ersten Feedstock denselben oder einen geringfügig geringeren Sinterschrumpf aufweisen. Mit dem Unterschied im Sinter- schrumpf werden Abstand und Spiel zwischen den Zahnrädern und dem Fixierteil eingestellt.
Im Folgenden werden besondere Ausgestaltungen von Werkzeugen und Getrieben beschrieben.
Es ist vorteilhaft, das Werkzeug als Dreiplattenwerkzeug mit Drehteller auf der auswerferseitigen Werkzeughälfte 1 auszustatten. Nach der Formgebung der Zahnräder 11, 11', 12 und dem Öffnen des Werkzeugs erfolgt die Trennung des Anguss- und Verteilersystems oder des Heißkanals von den Zahnrädern 11, 11', 12. Danach dreht die auswerferseiti- ge Werkzeughälfte 1 die Zahnräder 11, 11', 12 mit Hilfe des Drehtellers in Richtung der Werkzeugbacken 6, die auf der Düsenseite, auf der auswerferseitigen Werkzeughälfte 1, der düsenseitigen Werkzeughälfte 2 oder außerhalb des Werkzeugs befestigt sein können. Eine besondere Ausgestaltung des Werkzeugs erlaubt es, bereits während der Formgebung des Fixierteils 14 (Gehäuses) bzw. der Achsen in den Kavi- täten der Zahngeometrie, die in vorteilhafter Weise auf der düsenseitigen Werkzeughälfte 2 angeordnet sind, die nächsten Zahnräder zu formen .
Soll ein größerer Spalt zwischen den Stirnflächen der Zahnräder und den Nabenbereichen des Gehäuses eingestellt werden, so stehen mindestens zwei Möglichkeiten zur Verfügung. Zum einen definiert die Stärke der Werkzeugbacken 6 und der Sinterschrumpf sowie die Differenz des Sinterschrumpfs zwischen dem ersten und dem zweiten Feedstock den Spalt.
Zum anderen können an die Zahnräder bzw. die Gehäuse im Bereich der Naben oder der Stirnflächen der Zahnräder kleine pyramiden- oder kegelförmige Mikroerhebungen angeformt werden. Selbst wenn es im Bereich der Spitzen der Pyramiden oder Kegel zum Zusammensintern von Zahnrädern und Gehäuse kommt, wie z. B. beim Einsatz verschiedener Stähle, kann durch ein Aufbringen eines Drehmoments zwischen Zahnrädern und Gehäuse im Zustand des Grünlings oder vorzugsweise im gesinterten Zustand diese Verbindung durch ihre Kleinheit leicht gebrochen werden.
Bezugszeichenliste
1 Auswerferseitige Werkzeughälfte
2 Düsenseitige Werkzeughälfte
3 Auswerfer für das zentrale Teil 4,4' Auswerferhülse für die äußeren Teile 5,5' Auswerfer für die äußeren Teile
6 Werkzeugbacken mit Kavität für das Fixierteil
11,11' Äußeres Teil (Zahnräder)
12 Zentrales Teil (Zahnräder)
13 Kavität für das Fixierteil
14 Fixierteil
21 Anspritzpunkt

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus mindestens einem selbständigen Teil, das beweglich zu einem Fixierteil positioniert ist, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Werkzeugs, das für jedes der zu formenden Teile eine Kavität aufweist, b) Füllen der mindestens einen Kavität mit einer aushärtbaren oder erstarrenden Formmasse, die einen pulverförmigen Sinterwerkstoff und einen Binder enthält, und Erstarrenlassen der Formmasse, wodurch sich in jeder der mindestens einen Kavität jeweils das zu formende Teil bildet, c) Entformen des jeweils gebildeten Teils aus der mindestens einen Kavität, d) Einbringen des mindestens einen entformten Teils in ein Fixierteil, wodurch der Gegenstand gebildet wird, e) Wärmebehandeln des Gegenstands, so dass das mindestens eine Teil beweglich zum Fixierteil ist.
2. Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus mindestens einem selbständigen Teil, das beweglich zu einem Fixierteil positioniert ist, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Werkzeugs, das ein Fixierteil und für jedes der zu formenden Teile eine Kavität aufweist, b) Füllen der mindestens einen Kavität mit einer aushärtbaren oder erstarrenden Formmasse, die einen pulverförmigen Sinterwerkstoff und einen Binder enthält, und Erstarrenlassen der Formmasse, wodurch sich in jeder der mindestens einen Kavität jeweils das zu formende Teil bildet, c) Entformen des jeweils gebildeten Teils aus der mindestens einen Kavität, e) Wärmebehandeln des Gegenstands, so dass das mindestens eine Teil beweglich zum Fixierteil ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gegenstand aus mindestens zwei selbständigen, gegeneinander beweglich verbundenen Teilen, die in einem Fixierteil zueinander positioniert sind, hergestellt wird und zur Herstellung des Gegenstandes ein Werkzeug bereitgestellt wird, das weiterhin eine Trennebene aufweist, die das Werkzeug in zwei Werkzeughälften trennt, und die Kavitä- ten voneinander getrennt jeweils abwechselnd in einer der beiden Werkzeughälften angeordnet sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die mindestens zwei selbständigen, gegeneinander beweglich verbundenen Teile nach dem Füllen der Kavitäten so in einer Ebene angeordnet werden, dass sich hierbei die Teile in Eingriff befinden, ohne sich zu berühren.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Werkstoff zum Spritz- oder Heißgießen aus mindestens einer Spritzeinheit über mindestens einen Kanal der mindestens einen Kavität zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die entformten Teile in mindestens eine weitere im Werkzeug vorhandene Kavität übertragen werden, durch deren Füllen mit einem weiteren Werkstoff das Fixierteil abformt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mindestens zwei Werkstoffe mittels Zwei- oder Mehr-Komponenten-Spritzgießen zugeführt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zwischen dem mindestens einen Teil und dem Fixierteil zunächst eine feste Verbindung besteht, die durch das Wärmebehandeln des Gegenstands in einen Abstand zwischen dem mindestens einen Teil und dem Fixierteil überführt wird, wodurch das mindestens eine Teil beweglich zum Fixierteil wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die entformten Teile mittels Führungselementen übertragen werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Führungselemente nach dem Übertragen ganz oder teilweise in der mindestens einen weiteren Kavität verbleiben.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Gegenstand in Schritt e) entbindert und gesintert wird.
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